Requisitos de propiedades mecánicas de los moldes.
Requisitos de rendimiento mecánico del molde
Además del molde en sí, el molde también requiere una base de molde, un marco de molde, un núcleo de molde y un dispositivo de expulsión del producto. Estas piezas generalmente se fabrican en tipos de uso general. A continuación, compartiré con ustedes los requisitos de rendimiento mecánico del molde, espero que les sea útil.
Dureza
¡La dureza representa la resistencia del acero a la deformación y la tensión de contacto! . Las muestras para medir la dureza son fáciles de preparar. Los talleres y laboratorios generalmente están equipados con probadores de dureza. Por lo tanto, la dureza es una propiedad fácil de medir y también existe una cierta relación entre la dureza y la resistencia. a través de la relación de conversión dureza-resistencia. Las categorías de moldes se definen según el rango de dureza, como dureza alta (52~60HRC), que generalmente se usa para moldes para trabajo en frío, y dureza media (40~52HRC), que generalmente se usa para moldes para trabajo en caliente.
La dureza del acero está estrechamente relacionada con su composición y estructura. Mediante el tratamiento térmico se pueden obtener una amplia gama de cambios de dureza. Por ejemplo, los nuevos aceros para moldes 012Al y CG-2 pueden tener una dureza de 60-62HRC después del templado a baja temperatura y una dureza de 50-52HRC después del templado a alta temperatura, respectivamente. Por lo tanto, pueden usarse para fabricar en frío y en caliente. Trabajar moldes con diferentes requisitos de dureza. Por lo tanto, este tipo de acero para moldes se puede denominar acero para moldes de trabajo en frío y acero para moldes de trabajo en caliente.
Además de la matriz de martensita, existen otras fases con mayor dureza en el acero para moldes, como carburos, compuestos intermetálicos, etc. La Tabla 1 muestra los valores de dureza de los carburos y fases de aleaciones comunes.
La dureza del acero para moldes depende principalmente de la cantidad de carbono disuelto (o contenido de nitrógeno) en la martensita, y el contenido de carbono en la martensita depende de la temperatura y el tiempo de austenitización. Cuando aumentan la temperatura y el tiempo, aumenta el contenido de carbono en la martensita y aumenta la dureza de la martensita. Sin embargo, si la temperatura de calentamiento del enfriamiento es demasiado alta, los granos de austenita aumentarán y la cantidad de austenita retenida después del enfriamiento aumentará, lo que resultará. en una disminución de la dureza. Por lo tanto, para seleccionar la temperatura de enfriamiento óptima, generalmente es necesario dibujar primero la curva de relación temperatura de enfriamiento-tamaño de grano-dureza del acero.
El contenido de carbono en la martensita está relacionado en cierta medida con el grado de aleación del acero, especialmente cuando está templado. A medida que aumenta la temperatura de templado, el contenido de carbono en la martensita disminuye. Sin embargo, cuando el contenido de aleación en el acero es mayor, debido a la ruptura de los carburos de aleación dispersos y la transformación de la austenita retenida en martensita, el efecto de endurecimiento secundario es más obvio. cuanto mayor sea el pico de endurecimiento.
Los métodos de medición de dureza más utilizados incluyen los siguientes:
1. La dureza Rockwell (HR) es el método de medición de dureza más utilizado. La medición es simple y rápida, y el valor puede. obtenerse desde el dial Seleccione directamente. Hay tres escalas de uso común para la dureza Rockwell, a saber, HRC, HRA y HRB.
2. Dureza Brinell (HB): utilice una bola de acero templado como cabezal de dureza, agregue una cierta fuerza de prueba para presionar la superficie de la pieza de trabajo, mida el diámetro de la muesca después de eliminar la fuerza de prueba. , y luego busque la tabla o calcule. Se obtiene el valor de dureza Brinell HB correspondiente.
El ensayo de dureza Brinell se utiliza principalmente para medir la dureza de aceros para moldes recocidos, normalizados, templados y revenidos.
3. Dureza Vickers (HV) El penetrador utilizado es una pirámide de diamante con una superficie inferior cuadrada. El ángulo entre los dos lados opuestos del cono es de 136°. El valor de dureza es igual a la fuerza de prueba. F y la sangría. Relación de área de superficie.
Este método puede probar la dureza de cualquier material metálico, pero se utiliza más comúnmente para medir la microdureza, es decir, la dureza de diferentes estructuras dentro del metal.
Las tres durezas tienen aproximadamente la siguiente relación: HRC≈1/10HB, HV≈HB (cuando lt; 400HBS)
Propiedades mecánicas convencionales
Molde El El rendimiento del material está determinado por la composición del material del molde y la estructura después del tratamiento térmico. La estructura básica del acero para moldes está compuesta por una matriz de martensita y carburos y compuestos intermetálicos distribuidos en la matriz.
El rendimiento del acero para moldes debe cumplir con el rendimiento de un determinado molde para completar la carga de trabajo nominal. Sin embargo, debido a que las condiciones de uso y los indicadores de carga de trabajo nominal de varios moldes son diferentes, los requisitos de rendimiento del molde también lo son. diferente.diferente.
Y debido a que la composición química y la estructura de diferentes aceros tienen diferentes efectos en diversas propiedades, incluso la misma marca de acero no puede obtener los mejores valores de varias propiedades al mismo tiempo. Generalmente, la mejora de ciertas propiedades provocará la pérdida de. otras propiedades. Por lo tanto, los trabajadores de moldes a menudo seleccionan acero para moldes y la mejor tecnología de procesamiento de acuerdo con las condiciones de trabajo del molde y los requisitos de cuota de trabajo para lograr el propósito de optimizar el rendimiento principal y minimizar la pérdida de otras propiedades.
Los requisitos de rendimiento para varios tipos de acero para moldes incluyen principalmente: dureza, resistencia, plasticidad y tenacidad, etc.
Resistencia
La resistencia se refiere a la capacidad del acero para resistir la deformación y la fractura durante el servicio. Para los moldes, es la capacidad de todo el perfil o de varias partes para resistir fuerzas de tracción, fuerzas de compresión, fuerzas de flexión, fuerzas de torsión o fuerzas integrales durante el servicio.
Un método común para medir la resistencia del acero es realizar una prueba de tracción. La prueba de tracción se lleva a cabo en una máquina de prueba de tracción. La barra de prueba debe prepararse de acuerdo con las normas prescritas. Durante el proceso de estiramiento, la relación entre la fuerza de tracción F y el alargamiento ΔL se dibuja en el papel de registro, que es la. la llamada prueba de tracción. El índice de resistencia del metal se puede obtener analizando la curva de tracción. La resistencia a la compresión también suele darse para moldes que funcionan bajo compresión.
Para el acero para moldes, especialmente el acero para moldes para trabajo en frío con alto contenido de carbono, debido a la escasa plasticidad, generalmente no se utiliza la resistencia a la tracción, pero se utiliza la resistencia a la flexión como un indicador práctico. Las pruebas de flexión pueden reflejar un cierto grado de plasticidad incluso en materiales extremadamente frágiles. Además, el estado de tensión generado por la prueba de flexión es muy similar al estado de tensión generado por la superficie de trabajo de muchos moldes, lo que puede reflejar con mayor precisión el impacto de la composición del material y los factores organizativos en el rendimiento.
Hay un punto especial en la curva de tracción. Cuando la fuerza de tracción alcanza este punto, la varilla de prueba sufrirá una deformación de alargamiento obvia sin aumentar ni disminuir la fuerza de tracción. Este fenómeno se llama fluencia. La tensión en este punto se llama límite elástico del material. Cuando se elimina la fuerza externa, la deformación no se puede restaurar a su estado original. Esta parte de la deformación se retiene y se convierte en una deformación permanente, lo que se denomina deformación plástica. El límite elástico es una medida de la resistencia a la deformación plástica del acero para moldes y también es el índice de resistencia más utilizado. Se requiere que el material del molde tenga un alto límite elástico. Si el molde sufre deformación plástica, el tamaño y la forma de las piezas procesadas por el molde cambiarán, lo que provocará desechos y el molde fallará.
Plasticidad
El acero para moldes endurecido tiene una plasticidad pobre, especialmente el acero para moldes deformado en frío, que sufrirá una fractura frágil durante una deformación plástica muy pequeña. Para medir la plasticidad del acero para moldes, generalmente se expresa mediante dos indicadores: el alargamiento después de la rotura y la contracción del área.
El alargamiento tras rotura se refiere al porcentaje relativo del aumento de longitud de la probeta a tracción tras su rotura, expresado como δ. Cuanto mayor sea el valor del alargamiento después de la fractura δ, mejor será la plasticidad del acero. La plasticidad del acero para troqueles en caliente es significativamente mayor que la del acero para troqueles en frío.
La tasa de contracción de la sección se refiere a la relación entre la reducción de la sección de la pieza rota y la sección original después de que la barra de prueba de tracción se estira, deforma y rompe, expresada en ψ. El material plástico tiene un estrechamiento evidente después de romperse, por lo que el valor ψ es grande. Después de romper el material frágil, la sección transversal casi no se contrae, es decir, no se produce estrangulamiento y el valor ψ es muy pequeño, lo que indica una plasticidad deficiente.
Tenacidad
La tenacidad es un índice de rendimiento importante del acero para moldes. La tenacidad determina la capacidad del material para resistir la fractura bajo la fuerza de la prueba de impacto. Cuanto mayor sea la tenacidad del material, menor será el riesgo de fractura frágil y mayor será la resistencia a la fatiga térmica. La prueba de tenacidad al impacto es de gran importancia para medir la tendencia a la fractura frágil del molde.
La tenacidad al impacto se refiere a la energía absorbida por el impacto en el área de la sección transversal de la muesca de la muestra de impacto, mientras que la energía absorbida por el impacto se refiere a la energía absorbida cuando una muestra de forma y tamaño específicos se rompe bajo el impacto de una sola fuerza de prueba de impacto. Las pruebas de impacto incluyen la prueba de impacto Charpy con muesca en forma de U (la muestra se abre en una muesca en forma de U), la prueba de impacto Charpy con muesca en V (la muestra se abre en una muesca en forma de V) y la prueba de impacto Izod.
Hay muchos factores que afectan la resistencia al impacto. La tenacidad al impacto de aceros para moldes de diferentes materiales varía mucho, incluso el mismo material tiene diferente tenacidad al impacto debido a diferentes estados organizativos, diferentes tamaños de grano y diferentes estados de tensión interna. Generalmente, cuanto más gruesos son los granos, más grave es la segregación de carburos (en forma de bandas, de redes, etc.) y cuanto más gruesa es la estructura de martensita, etc., el acero se vuelve quebradizo.
Diferentes temperaturas tienen diferente resistencia al impacto. En términos generales, cuanto mayor es la temperatura, mayor es el valor de tenacidad al impacto. Algunos aceros tienen buena tenacidad a temperatura ambiente, pero se vuelven quebradizos cuando la temperatura baja de -20 a 40°C.
Para mejorar la tenacidad del acero, se deben adoptar procesos razonables de forjado y tratamiento térmico. Durante la forja, los carburos deben romperse tanto como sea posible y la segregación de carburos debe reducirse o eliminarse. Durante el tratamiento térmico y el enfriamiento, se debe evitar que los granos crezcan demasiado y la velocidad de enfriamiento no debe ser demasiado alta para evitar tensiones internas. Se deben tomar algunas medidas para reducir la tensión interna antes o durante el uso del molde.
Requisitos especiales de rendimiento
Debido a que hay muchos tipos de moldes y las condiciones de trabajo varían mucho, los requisitos generales de rendimiento y cooperación de los moldes también son diferentes, y el rendimiento real de un determinado El moho es diferente de los resultados de la prueba. Los datos medidos en condiciones específicas también son inconsistentes. Por lo tanto, además de medir las propiedades convencionales de los materiales, también es necesario medir las características de uso del molde en función de las condiciones de trabajo reales simuladas, plantear requisitos para las propiedades especiales del molde y establecer un sistema para evaluar correctamente el molde. actuación.
Los moldes para trabajo en caliente deben someterse a pruebas de dureza, resistencia y resistencia al impacto en condiciones de alta temperatura. Debido a que el molde para trabajo en caliente está en servicio a una temperatura determinada, los datos de rendimiento medidos a temperatura ambiente cambiarán cuando la temperatura aumente. La tendencia y la tasa de cambio de rendimiento también son muy diferentes. Por ejemplo, aunque el material A tiene una dureza mayor que el material B a temperatura ambiente, a medida que aumenta la temperatura, la dureza disminuye significativamente después de alcanzar una cierta temperatura, el valor de dureza será menor. que el material B. Luego, cuando se requiere una alta resistencia al desgaste en condiciones de trabajo a temperaturas más altas, no se puede seleccionar el material A, pero se debe seleccionar el material B, que tiene un valor de dureza bajo a temperatura ambiente pero se ralentiza a medida que aumenta la temperatura.
Además de la dureza, resistencia y tenacidad requeridas en condiciones de alta temperatura, también se requiere que los moldes para trabajo en caliente tengan ciertas propiedades especiales.
Estabilidad térmica
La estabilidad térmica representa la capacidad del acero para mantener la estabilidad de su estructura metalográfica y sus propiedades durante el calentamiento. Por lo general, la estabilidad térmica del acero se expresa por la temperatura máxima de calentamiento cuando la dureza cae a 45 HRC después de templarlo y mantenerlo durante 4 horas. Este método está relacionado con la dureza original del material. Hay información de que el acero que alcanza el nivel de resistencia predeterminado se calienta y se mantiene durante 2 horas para reducir la dureza a la dureza general de falla del troquel de forjado en caliente de 35 HRC. se establece como índice de estabilidad del acero. Para moldes para trabajo en caliente que colapsan y fallan debido a una resistencia térmica insuficiente, la vida útil del molde se puede predecir en función de la estabilidad térmica.
Estabilidad del templado
La estabilidad del templado se refiere al grado en que la resistencia y la dureza del material disminuyen a medida que aumenta la temperatura del templado. También se denomina resistencia al templado o capacidad de ablandamiento del templado. . Generalmente está representado por la curva temperatura-dureza de revenido del acero. Una disminución lenta de la dureza indica una alta estabilidad del revenido o una alta resistencia al revenido. La estabilidad del templado también está relacionada con los cambios estructurales durante el templado. Es lo mismo que la estabilidad térmica del acero, que representa el grado de estabilidad estructural del acero a altas temperaturas y la resistencia a la deformación del molde a altas temperaturas.
Resistencia a la fractura
Además de las propiedades mecánicas convencionales como la tenacidad al impacto, la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión y otros indicadores únicos de resistencia a la fractura, la resistencia a la fractura por impactos múltiples de pequeña energía es más adecuada. para frío El rendimiento del molde en uso real. Como indicadores de rendimiento del material del molde, también incluye resistencia a la fatiga por compresión, resistencia a la fatiga por contacto, etc. Este índice de resistencia a la fractura por fatiga se caracteriza por el número de ciclos de fractura medidos bajo una determinada tensión cíclica, o la carga que provoca la fractura bajo un determinado número de ciclos. Queda por estudiar y discutir si la tenacidad a la fractura debe usarse como un índice de rendimiento importante de los materiales de moldes para trabajo en frío.
Capacidad antiagarrotamiento y capacidad antiablandamiento
Las capacidades antiagarrotamiento y antiablandamiento caracterizan respectivamente la dureza y la resistencia al desgaste del par de moldes debido a la "soldadura en frío" y El aumento de temperatura durante el soporte de carga.
Resistencia a la fatiga térmica y tenacidad a la fractura
La resistencia a la fatiga térmica representa la vida útil del material antes del inicio de las grietas por fatiga térmica y la tasa de expansión después del inicio. La fatiga térmica generalmente se determina por el número de ciclos de grietas que ocurren cuando se calientan y enfrían repetidamente a 20°C-750°C o midiendo la longitud de la grieta después de un cierto número de ciclos.
Los materiales con alta resistencia a la fatiga térmica son menos propensos a sufrir grietas por fatiga térmica o, cuando se inician las grietas, se expanden en pequeña cantidad y lentamente. La tenacidad a la fractura representa la resistencia a la propagación inestable de la grieta. Si la tenacidad a la fractura es alta, la grieta será menos propensa a la propagación inestable.
Resistencia a la oxidación y al desgaste a altas temperaturas
El desgaste a altas temperaturas es uno de los principales modos de falla de los troqueles para trabajo en caliente. En circunstancias normales, la mayoría de los troqueles de forja con martillo y los troqueles de prensa se dañan debido a. desgaste. La resistencia al desgaste térmico es un requisito para el rendimiento de los moldes para trabajo en caliente y es un reflejo integral de una variedad de propiedades mecánicas a alta temperatura. En la actualidad, las unidades nacionales han realizado pruebas de desgaste térmico de moldes en máquinas de desgaste térmico de fabricación propia y han logrado resultados de prueba ideales.
El uso real muestra que las propiedades antioxidantes de los materiales del molde tienen un gran impacto en la vida útil del molde. La oxidación agravará el desgaste del molde durante su proceso de trabajo, provocando que el tamaño de la cavidad del molde quede fuera de tolerancia y se deseche. La oxidación también provocará surcos de corrosión en la superficie del molde, que se convertirán en el origen de grietas por fatiga térmica e intensificarán la iniciación y expansión de grietas por fatiga térmica en el molde. Por lo tanto, se requiere que el moho tenga ciertas propiedades antioxidantes.
Además de las propiedades mecánicas convencionales, a menudo se requiere que el acero para troqueles para trabajo en frío tenga las siguientes propiedades:
Resistencia al desgaste, resistencia a la fractura, antiagarrotamiento y resistencia a la oxidación.
Resistencia al desgaste
Cuando el molde para trabajo en frío está en servicio, la pieza formada se deslizará y fluirá a lo largo de la superficie del molde, creando una gran fuerza de fricción entre el molde y la pieza en bruto. . Esta fuerza de fricción hace que la superficie del molde quede sujeta a un esfuerzo cortante y se graban marcas desiguales en la superficie. Estas marcas se entrelazan con la superficie irregular de la pieza en bruto, provocando gradualmente daños mecánicos o desgaste en la superficie del molde. Los moldes para trabajo en frío, especialmente los moldes para trabajo en frío que fallan normalmente, se desechan en su mayoría debido al desgaste. Por tanto, uno de los requisitos más básicos para los moldes para trabajo en frío es la resistencia al desgaste. En condiciones generales, cuanto mayor sea la dureza del material, mejor será la resistencia al desgaste. Sin embargo, la resistencia al desgaste también está estrechamente relacionada con la forma y distribución de los puntos duros existentes en la matriz blanda.
El desgaste de moldes para trabajo en frío incluye desgaste abrasivo, desgaste adhesivo, desgaste por corrosión y desgaste por fatiga.
Experiencia en la fabricación de moldes
Tiene las ventajas de un bajo costo de producción, buena consistencia del producto y una amplia gama de aplicaciones, desde simples necesidades diarias como platos hasta esculturas complejas, etc. La creación y producción de formas son inseparables de la conformación de moldes. Es una habilidad que los trabajadores del arte cerámico y los amantes del arte cerámico deben dominar y comprender. Nuestro aprendizaje esta vez incluye la preparación de lechada de yeso, modelado de círculos concéntricos y torneado de moldes de formas especiales. Comprenda las propiedades materiales del yeso y domine los pasos para usarlo. Y comprender los métodos y pasos para fabricar y replicar moldes cerámicos.
Primero, dibujamos las formas de círculos concéntricos y formas especiales que queramos. Luego los dibujos se amplían y se hacen según los dibujos.
Luego es el momento de hacer el molde. Utiliza las herramientas preparadas para hacer la forma y el tamaño de la botella concéntrica que dibujamos en el dibujo de la máquina moldeadora. Luego se corta a mano según la línea central y finalmente se alisa con papel de lija resistente al agua.
Para realizar un modelo de yeso, primero debes preparar el material de yeso. El método de preparación del material de yeso es simple. Primero prepare un recipiente y yeso en polvo, luego agregue una cantidad adecuada de agua al recipiente y luego espolvoree lentamente el yeso en polvo en el agua a lo largo del borde del recipiente. primero y luego yeso en el orden. Porque el tiempo de secado del material de yeso es corto y depende del clima.
Luego, una vez eliminada la capa de agua que flota sobre la cal, revuélvela uniformemente con las manos hasta que el polvo de yeso emerja del agua y ya no absorba agua de forma natural y se hunda. Espera un rato y luego continúa. revolviendo y sea rápido, aplique con fuerza y uniformemente hasta que se convierta en una pasta. Cuando sientas que está casi listo, debes esperar unos 6 minutos. A continuación, puede verter la lechada de yeso sobre el modelo que ha sido bloqueado con una plantilla. Debe esperar un rato. Después de sentir que el yeso está seco y húmedo, puede utilizar varias herramientas. para realizar las operaciones apropiadas sobre él. Después de unos minutos, retire la plantilla y use rápidamente un raspador o una espátula para recortar la forma general del modelo. Al reparar el reloj, debe comenzar primero con la forma general y luego tallar las partes locales con cuidado. formas, debe ser rápido y a tiempo antes de que el yeso esté completamente curado, de lo contrario será muy difícil palear después de que el yeso esté completamente curado.
La segunda es modificar la forma.
Dar forma es el paso más crítico. Requiere no sólo habilidades sino también paciencia. Primero use un cuchillo para recortar aún más la forma inicial con precisión, luego use una hoja de sierra corta para raspar y luego use el lado norte de la hoja de sierra para raspar, de modo que el modelo se acerque más a la forma real para algunas pequeñas curvas; superficies con cambios, también es necesario moler la hoja de sierra en una pequeña superficie curva, raspar la forma y finalmente pulirla con papel de lija humedecido en agua; El proceso de refinamiento debe ser de grueso a fino, del todo a la parte y luego al todo. Debe compararse, examinarse y medirse desde todos los ángulos y aspectos de vez en cuando, para que se obtenga el sentido general del modelo. fuerte. Si la superficie del modelo está defectuosa o las esquinas están desconchadas, es necesario repararla primero, humedezca el área que necesita ser reparada, luego llénela con lechada de yeso y luego púlala uniformemente después del secado.
Al hacer moldes con formas especiales, utilizamos barro como base y rodeamos la forma. Se abre una abertura para los dientes en el lateral del molde. Aplique agente desmoldante uniformemente al molde de yeso y luego use una plantilla para rodear el borde exterior del molde. Rellena los huecos con barro. Luego vierta la lechada de yeso en él, haciéndolo un poco más alto que el otro lado. Espere hasta que el yeso esté casi caliente y seco antes de retirar el encofrado. Luego usa el mismo método para darle la vuelta a la otra pieza. Después de darle la vuelta al molde y la reacción de calentamiento del yeso se haya enfriado, puede abrir el molde y sacarlo. Si no es fácil de abrir, puede abrirlo preparándolo con agua y agitándolo suavemente.
Lo anterior es mi comprensión del proceso de fabricación de moldes.
El curso de modelismo ha finalizado, pero las cosas vividas y los conocimientos adquiridos nos acompañarán, permitiéndonos resolver mejor los problemas que enfrentemos en el futuro.
Creo que no tengo suficiente base para dar forma y no soy lo suficientemente competente para girar moldes, ¡pero trabajaré más duro para compensar mis defectos lo antes posible!
Finalmente, ¡gracias maestro por su orientación durante los últimos días! ;